[發明專利]一種基于無機-有機雜化分子功能添加劑的PEO基聚合物固態電解質的制備

在審

• 申請號: 202210477590.1
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114725505A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 陳嘉嘉;黃穎;方承東;孫鵬飛;張業強
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 張素斌

一種基于無機?有機雜化分子功能添加劑的PEO基聚合物固態電解質的制備，所述聚合物固態電解質由聚環氧乙烷(PEO)、無機?有機雜化分子材料、鋰鹽構成。通過攪拌前驅體漿料，澆注，熱壓成膜等步驟制備而成，方法簡單可行，易于規模化。功能添加劑的加入使聚合物固態電解質膜兼具剛性及柔韌性，賦予固態電解質與極片間優異的界面兼容性，促進離子穩定地沉積/剝離。無機?有機雜化分子材料中的特定基團可與鋰鹽陰離子相互作用，促進鋰鹽解離，增加載流子數目，進而提高固態電解質的離子導電性。因此，聚合物固態電解質室溫離子電導率可達10^?4S cm^?1，可將其應用于全固態鋰電池體系。

技術領域

本發明涉及電解質領域，尤其涉及一種基于無機-有機雜化分子功能添加劑的PEO基聚合物固態電解質的制備。

背景技術

固態電解質(SSEs)具有良好的安全性和機械性能，可以有效抑制鋰枝晶，提高電池的庫倫效率及循環壽命；且其具有寬的電化學穩定窗口，可匹配高壓正極材料，提高電池的能量密度。PEO基固態電解質(PEO-SSEs)因其具有良好的柔韌性和絡合鋰鹽的能力而受到廣泛的關注。然而，鋰離子在PEO-SSEs中要么以鋰鹽形式存在，要么與PEO鏈段配位，能夠自由移動的鋰離子數目較少，限制了PEO-SSEs離子電導率的提高，不利于其在全固態電池體系中的應用。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的上述問題，提供一種基于無機-有機雜化分子功能添加劑的PEO基聚合物固態電解質的制備，在PEO-SSEs中引入無機-有機雜化分子材料作為功能添加劑，無機-有機雜化分子帶有特定基團如：-OH、-COOH、-NH₂基團等，可以與堿金屬鹽中的陰離子形成氫鍵，從而起到錨定陰離子，促進鋰鹽解離，增加載流子數目的作用，從而提高離子導電性。制備的聚合物固態電解質在室溫下，離子電導率可達10^-4S cm^-1。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于無機-有機雜化分子功能添加劑的PEO基聚合物固態電解質，聚合物固態電解質由PEO、無機-有機雜化分子材料、鋰鹽構成，具體地，所述聚合物固態電解質包括以下組分：PEO和鋰鹽按摩爾比10:1～18:1，無機-有機雜化分子材料按質量百分比3％～10％；

上述功能添加劑為鋁氧分子材料(AlOC)、鐵氧分子材料(FeOC)、鉬氧分子材料(MoOC)、鎢氧分子材料(WOC)中的一種或多種無機-有機雜化分子材料。

一種基于無機-有機雜化分子功能添加劑的PEO基聚合物固態電解質膜的具體制備步驟：將預處理后的無機-有機雜化分子粉末加入PEO@鋰鹽溶液(PEO和鋰鹽的混合溶液)中，均勻攪拌，通過澆筑、干燥、熱壓得到基于無機-有機雜化分子功能添加劑的PEO基聚合物固態電解質膜。

進一步地，上述無機-有機雜化分子的預處理步驟：首先將準備好的無機-有機雜化分子樣品用瑪瑙研缽研磨成細小的粉末，加入到乙腈溶劑中，用針尖超聲破碎儀超聲，讓粉末均勻分散；再對分散后的懸濁液進行抽濾，得到的固態樣品放入真空烘箱中60℃烘干，最后將干燥后的樣品再次研磨成粉末狀，并使用篩網除去團聚尺寸較大的顆粒。

進一步地，基于無機-有機雜化分子功能添加劑的PEO基聚合物固態電解質膜的制備步驟：首先稱取鋰鹽和PEO置于20mL樣品瓶中，加入乙腈溶劑，加熱攪拌，得到PEO@鋰鹽溶液；稱取質量百分比為3％～10％的AlOC粉末于10mL樣品瓶中，加入0.5mL乙腈，超聲90min后，將其緩慢加入攪拌均勻的PEO@LiTFSI溶液中，40～60℃下攪拌24～36h。之后將上述溶液澆筑于聚四氟乙烯板上，在加熱臺上烘干乙腈溶劑，靜置老化12～24h，最后撕下膜進行熱壓，制成一種基于無機-有機雜化分子功能添加劑的PEO基聚合物固態電解質膜，膜的厚度約為70～90μm，以上操作過程在手套箱或干燥室(濕度小于0.1％)中進行。

相對于現有技術，本發明技術方案取得的有益效果是：